[实用新型]基于哑铃型光栅的近红外宽带完美吸收器

说明书

本实用新型公开了一种基于哑铃型光栅的近红外宽带完美吸收器，其特征在于：它呈五层结构，包括自下而上依次设置的硅衬底、用于增大入射电磁波的吸收率的金膜、用于增大入射电磁波的吸收率的二氧化硅缓冲层、用于增大整体的机械强度和增强电磁场相互作用以增大入射电磁波的吸收率的石墨烯层、用于减少入射电磁波的反射且能够产生宽带共振吸收作用的哑铃型光栅，哑铃型光栅水平设置于石墨烯层的上表面上；优点是其制作简单，吸收带宽较宽，吸收率较高。

技术领域

本实用新型涉及一种吸收器，尤其是涉及一种基于哑铃型光栅的近红外宽带完美吸收器。

背景技术

2008年Landy等人采用与自由空间阻抗相匹配法来减小反射，使得吸收最大化，研制出了第一个高效电磁材料完美吸收器(Perfect Metamaterial Absorber，PMA)。电磁吸收器能够对电磁波进行强烈吸收，通过设计恰当的结构和选择合适的材料，电磁吸收器能够对入射的特定频带内的电磁波实现强烈的吸收。电磁吸收器在电磁隐身、热辐射、薄膜太阳能电池、传感器和探测等方面有着非常广泛的应用前景，已成为研究的热点。随着对电磁吸收器研究的不断深入，在可见光、红外和太赫兹波段，均取得了长足的进展。

按照吸收频段划分，电磁吸收器有微波吸收器、太赫兹吸收器、红外吸收器和可见光吸收器。在红外波段，Cui等人(Cui Y X,Xu J,Jin Y,et al.A thin film broadbandabsorber based on multi-sized nanoantennas.Applied Physics Letters，2011，99(25):253101.(崔艳霞，徐军，金逸等。基于多尺寸纳米天线的薄膜宽带吸收器。应用物理快报，2011，99(25):253101。))采用不同尺寸的纳米条阵列构建了一种红外宽带吸收器，其在8.5～11μm波段获得了高达80％的吸收率。Xue等人(Xue W R，Chen X，Peng Y L，etal.Grating-type mid-infrared light absorber based on silicon carbidematerial.Optics Express，2016，24(20):22596-22605.(薛文瑞，陈曦，彭艳玲等。基于碳化硅材料的光栅型中红外光吸收器。光学快报，2016，24(20):22596-22605。))采用半导体材料SiC和电介质材料设计了一种截断的金字塔型光栅光吸收器，其在10.5～12.5μm波段也获得了80％以上的吸收率。Peng等人(Peng H，Luo Y，Ying X X，et al.Broadband andhighly absorbing multilayer structure in mid-infrared.Applied Optics，2016，55(31):8833-8838.(彭昊，罗毅，应向晓等。多层膜结构中红外宽带吸收器。应用光学，2016，55(31):8833-8838.))采用金属Ti和两层电介质Si₃N₄组成吸收器，其基于阻抗匹配的原理，在2.2～6.2μm波段实现了85％以上的吸收。Yue等人(Yue W S，Wang Z H，Yang Y，etal.High performance infrared plasmonic metamaterial absorbers and theirapplications to thin-film-sensing.Plasmonics，2016(10):1557-1563.(薛伟胜，王志宏，杨洋等。高性能红外等离子体超材料吸收器及其在薄膜传感中的应用。等离子体，2016(10):1557-1563。))采用金属Au-电介质A1₂O₃-金属Au堆叠组成纳米结构吸收器，其在较窄的频带内获得了完美吸收。Xiao等人(Xiao D，Tao K Y，Wang Q.Ultrabroadband mid-infrared light absorption based on a multi-cavity plasmonic metamaterialarray.Plasmonics，2016，11(2):389-394.(晓东，陶克宇，王琼。基于多腔等离子体超材料阵列的宽带中红外吸收器。等离子体，2016，11(2):389-394。))采用基于多腔等离子体超材料的光吸收器，其通过调节层数可以扩大带宽，在3.56μm的带宽内获得了高于80％的吸收率。上述这些红外吸收器均存在制作复杂和吸收率偏低等问题。为了实现入射近红外电磁波宽带完美吸收还需对红外吸收器结构进行设计与对红外吸收器特性进行深入研究。